畢業論文-某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反大氣污染控制工程課程設計報告 12 應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水，使其含水量小于 10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴，再經過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。）由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸，吸收劑 利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。 該脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經換熱器冷卻至90~100℃ ，進入預洗滌器經洗滌后除去 HCI 和 HF，洗滌后的煙氣經過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的 SO2 被洗滌吸收除去，經洗滌的煙氣排出后經液滴分離器除去攜帶的水滴，進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌，經洗滌塔頂的除霧器除去霧滴，進入脫硫洗滌器。再經煙氣換熱器加熱后經煙囪排放 。 煙氣循環流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環、除塵 石灰 石膏法脫硫工藝流程器及控制系統等部分組成。該工藝一般采用干態的消石灰粉作為吸收劑，或者其它對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。 由鍋爐排出的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。（吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經文丘里管后速度加快，并在此與很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成流化床，）。在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成 CaSO３ 和 CaSO４。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環除塵器，被分離出來的顆粒經中間灰倉返回吸收塔，由于固體顆粒反復循環達百次之多，故吸收劑利用率較高。 此工藝所產生的副產物呈干粉狀，主要由飛灰、 CaSO CaSO4 和未反應完的吸收劑Ca(OH)2 等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎等。 典型的煙氣循環流化床脫硫工藝，當燃煤含硫量 為 2%左右，鈣硫比不大于 時，脫硫率可達 90%以上，排煙溫度約 70℃ 。此工藝在國外目前應用在 10~20 萬千瓦等級機組。由于其占地面積 少，投資較省，尤其適合于老機組煙氣脫硫。 比對脫硫技術 SO2 的控制技術可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃炔的脫硫（亦稱為煙氣脫硫）三大氣污染控制工程課程設計報告 13 種。由于煙氣中的硫以 SO2形態存在，脫除較易，煙氣脫硫（ FGD)是目前應用最廣泛、效率最高的脫硫技術，也是控制 SO2排放的主要手段。 本課程設計中含硫煙氣為低濃度 SO2煙氣，由于其煙氣量大，直接選擇采用煙氣脫硫工藝進行凈化。 根據脫硫過程是否加入液體和脫硫產物的干濕形態可將煙氣脫硫方法分為濕法、半干法 、干法。濕法脫硫里應用溶液或漿液吸收 SO2，其直接產物也是溶液或漿液，具有工藝成熟，脫硫效率高、操作簡單等優點，但脫硫液處理較麻煩，容易造成二次污染，且脫硫后煙氣的溫度較低，不利于擴散。干法煙氣脫硫過程無液體介入，完全在干燥狀態下進行，且脫硫產物也為干粉狀，因而工藝簡單投資較低，凈化后溫度降低很少，利于擴散，且無廢水排出， 但凈化效率一般不高。 半干法里用霧化的脫硫劑或漿液脫硫。但在脫硫過程中，霧滴被蒸發干燥，直接產物是干態粉末，具有干法和濕法脫硫優點。 表 39 一些煙氣脫硫方法介紹 原理 方法分類 脫硫劑 脫硫方法 干濕 狀態 脫硫產物 處理 終產品 吸 收 石灰石 /石灰法 Ca(OH)2 CaCO3 石灰石 /石灰直接噴射法 干法 － － 爐內噴鈣 爐厚活化法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 噴霧干燥法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 循環流化床脫硫法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 增濕灰循環脫硫法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 濕式石灰石 /石灰 石膏法 濕法 氧化 石膏 石灰 亞硫酸鈣法 濕法 加工產品 亞硫酸鈣 氨法 (NH4)2SO3 氨 酸法 濕法 酸化分 解 濃 SO化肥 氨 亞氨法 濕法 氨中和 亞硫酸銨 氨 硫氨法 濕法 氧化 硫酸銨 NH3?H2O 新氨法 濕法 酸分解、制酸 化肥、硫酸 鈉堿法 Na2SO3(NaOH、 Na2CO3) 亞硫酸鈉循環法 濕法 熱再生 濃 SO2 亞硫酸鈉法 濕法 堿綜合 亞硫酸鈉 鈉鹽 酸分解法 濕法 酸化分解 濃 SO冰晶石 海水脫硫 海水中 CO3 HCO3等 海水脫硫法 濕法 排入大海 － 大氣污染控制工程課程設計報告 14 堿性物質 間接石灰石 /石灰法 Na2SO3或 NaOH 雙堿法 濕法 石 灰中和 石膏 Al2(SO4)3?Al2O3 堿性硫酸鋁 石膏法 濕法 石灰中和 石膏 金屬氧化物法 MgO 氧化鎂法 濕法 加熱分解 濃 SO2 ZnO 氧化鋅法 濕法 加熱分解 濃 SO氧化鋅 MnO 氧化錳法 濕法 電解 金屬錳 吸 附 活性炭吸附法 活性炭 活性炭制酸法 濕法 水洗 再生 稀硫酸 活性炭 (NH4)2HPO4 磷銨肥法 濕法 萃取、氨綜合、氧化 磷銨復肥 氧化 催化氧化法 O2及釩催化劑 干式氧化法 干法 濃 H2SO4吸收 硫酸 稀 H2SO4及 Fe3+催化劑 液相氧化法 濕法 石灰中和 石膏 高能電子氧化法 自由基 電子束照射法 干法 氨中和 硫銨 等離子體 脈沖電暈等離子 干法 氨中和 硫銨 脫硫技術 的選擇 我國由于地域遼闊，各地經濟條件，燃煤煤質、脫硫劑來源、環保要求等不盡相同，結合相關材料，該鍋爐脫硫技術的選用應考慮以下主要原則： 、運行可靠，至少在國外已有商業化先例，并有較多的應用業績。 SO2達到 (GB132712021)中二類標 準。 ，一般應低于電廠主體工程總投資的 15%以下，煙氣脫硫后發電成本增加不超過 元 /（ KW?h） ，占地面積小，脫硫產物可回收利用或衛生處理處置。 ，該燃煤鍋爐的脫硫效率應達到 %。 綜合以上的分析和要求，我們組最終決定選用石灰石 /石灰－石膏法作為該鍋爐的脫硫工藝。采用該工藝的優勢如下： A. 首先石灰石 /石灰－石膏法開發較早，工藝成熟， Ca/S 比較低，且在國外應用廣泛。（美國脫硫工藝 80%是石灰石 /石膏法，德國有 90%，日本也 有 75%以上） B. 從表 39 中看出，燃煤發電機組大多數選用濕法石灰石 /石膏 FGD 技術。而且吸收塔中，以噴淋空塔為主。 大氣污染控制工程課程設計報告 15 C. 該工藝在我國有先例：上海閘北電廠曾進行過工業試驗，重慶珞璜電廠中 FGD 占電廠總投資 %。 濕法脫硫簡介和設計 基本脫硫原理 石灰石 /石灰石膏法是采用石灰石或石灰漿液脫出煙氣中 SO2并副產石膏的脫硫方法。該法開發較早，工藝成熟， Ca/S 比較低，操作簡便，吸附劑價廉易得，所得石膏副產品可做為輕質建筑材料。因 此，這種工藝應用廣泛。上海閘北電廠曾進行過工業實驗，重慶珞璜電廠從日本三菱重工公司引進了配套 2 360MW 機組的石灰石 石膏法脫硫裝置。 該脫硫過程以石灰石或石灰漿液為吸收劑吸收煙氣中 SO2，主要分為吸收和氧化兩個步驟。首先生成亞硫酸鈣，然后亞硫酸鈣再被氧化為硫酸鈣，整個過程發生的主要反應如下： ①吸收 CaO+H2O→ Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2→ CaSO3?1/2H2O+1/2H2O CaCO3+SO2+1/2H2O→ CaSO3?1/2H2O+CO2↑ CaSO3?1/2H2O+SO2+1/2H2O→ Ca(HSO3)2 ② 氧化 2CaSO3?1/2H2O+O2+3H2O→ 2CaSO4?2H2O Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O→ CaSO4?2H2O+SO2↑ 吸收塔內由于氧化副反應生成溶解度很低的石膏，很容易在吸收塔內沉積下來造成結垢和堵塞。溶液 pH值愈低，氧化副反應愈容易進行。 脫硫工藝流程 并流式石灰石 /石灰 石膏法工藝流程。鍋爐煙氣經除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內用配置好的石灰石或石灰漿液洗滌含 SO2煙氣，經洗滌凈化的煙氣經除霧和再熱后排放。石 灰漿液在吸收 SO2后，成為含有亞硫酸和亞硫酸氫鈣的混合液，在母液槽中用硫酸將其混合液的 pH 值調整為 4～ ，用泵送入氧化塔，在氧化塔內 60～ 80。 C 下被 105Pa的壓縮空氣氧化。生成的石膏經增稠器使其沉積，上清液返回吸收循環系統，石膏漿經離大氣污染控制工程課程設計報告 16 心機分立得到石膏。 該工藝的主要設備為吸收塔和氧化塔； ①吸收塔 吸收塔是整個工藝的核心設備，其性能對 SO2的去除率有很大影響，從技術和經濟兩方面進行權衡，選擇噴淋塔為吸收塔； ②氧化塔 為了加快氧化速度，做為氧化用的空氣進入塔內必須分散成微細的氣泡，以增大 氣液的接觸面積。 脫硫影響因素 ①漿液的 PH值 吸收塔洗滌漿液中 pH值的高低直接影響 SO2 的吸收率及設備的結垢、腐蝕程度等 , 而且脫硫過程的 pH 值是在一定范圍內變化的。長期的研究和工程實踐表明 ,濕法煙氣脫硫的工藝系統采用的石灰石漿液的 PH 值控制在 ～ ，石灰石漿液 PH 一般控制在 7左右； ②液氣比 液氣比對吸收推動力、吸收設備的持液量有影響。增大液氣比對吸收起促進作用，但大氣液比對設備要求高且費用高，實際中要視情況而定。本系統采用 15L/m3； ③石灰石的粒度 一般來說，粒度減小，脫硫率 及石灰石利用率高。為了保證脫硫石膏的綜合利用及減少廢水的排放量，用于脫硫的石灰石中 CaCO3的含量宜高于 90%； ④吸收溫度 低洗滌溫度有利于 SO2 的吸收。所以要求整個漿液洗滌過程中的煙氣溫度都在 100℃ 以下。 100℃ 左右的原煙氣進入吸收塔后 , 經過多級噴淋層的洗滌降溫 , 到吸收塔出口時溫度一般為 (45～ 70)℃ ； ⑤煙氣流速選用 ； ⑥結垢，這是該 石灰石 /石灰 石膏法脫硫 工藝的組要缺點。除吸收塔滿足高持液量、有較大的氣液接觸面積等外，可在吸收液中添加鎂離子、氯化鈣、己二酸等。 脫硫中 噴淋塔的計算 塔內流量計算 假設噴淋塔內平均溫度為 ℃50 ，壓力為 120KPa，則噴淋塔內煙氣流量為： 2 7 3 1 0 1 .3 2 4 (1 )273Vs tQ Q kPa?? ? ? ? ? （ 32） 式中： VQ —— 噴淋塔內煙氣流量， sm3 ； SQ —— 標況下煙氣流量， sm3 ； 大氣污染控制工程課程設計報告 17 k —— 除塵前漏氣系數， 0～ 。 代入公式得： )/( 3 smQ V ? 噴淋塔徑計算 依據石灰石煙氣脫硫的操作條件參數，可選擇噴淋塔內煙氣流速 smv /? ，則噴淋塔截面 A為： )/(8 5 smvQA ?? （ 33） 則塔徑 d為： mAd ?? π （ 34） 取塔徑 mmD 2500? 噴淋塔高計算 噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區、除霧區和漿池。 (1)吸收區高度 依據石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間 t=4s，則噴淋塔的吸收區高度為： )(14 mvtH ?? （ 35） (2)除霧區高度 除霧器設計成兩段。每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層(～ )m。 則取除霧區高度為： mH ? （ 36） (3)漿池高度 漿池容量 V1按液氣比漿液停留時間 t1確定： 11 L Q tV G??? （ 37） 大氣污染控制工程課程設計報告 18 式中： GL — 液氣比，取 318 mL ； Q — 工況下煙氣量， hm3 ； 1t — 漿液停留時間， s ； 一般 t1為 min8~min4 ，本設計中取值為 min6 ，則漿池容積為： )( 31 mV ? 選取漿池直徑等于或大于噴淋塔 0D ，本設計中選取的漿料池直徑為 mD 40? ，然后再根據 1V 計算漿池高度： mDvh 2021 ?? ? （ 38） 式中： 0h — 漿池高度， m ； 1V — 漿